JP4608161B2 - 触媒燃焼装置と燃料気化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を使用する触媒燃焼装置及び液体燃料の気化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体燃料を気化させる方法として、従来から多数の提案がなされている。このうち液体燃料を気化部に滴下して気化させる方法、また気化部内に設置された気化素子を経由して気化させた後、噴出させる方法等が、家庭用石油燃焼機器に利用されており、良く知られている。
【０００３】
いずれの方法においても、形成される火炎の炎口部に設置された気化熱回収リングや、火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導により気化部への熱回収が行われている。
【０００４】
上記従来の気化装置においては、形成される火炎およびその近傍の雰囲気温度が１１００〜１３００℃と高温であるため、炎口部に設置された気化熱回収リングや、火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導により気化部への熱回収を行うことにより、自熱燃焼が可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、触媒燃焼装置においては、触媒燃焼部の温度が耐熱限界の９００℃以下に制限されることから、より低温の熱回収源となるため、従来と同様の気化部構成では、触媒燃焼を持続させるためには、気化部加熱ヒータにおいて多大な消費電力を要するという課題があった。
【０００６】
また、十分に熱量を与えないと、燃料の一部は再凝縮するという課題があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来の触媒燃焼装置の課題を解決することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、前記燃料供給経路から供給される燃料を加熱して気化させる気化部と、前記気化部から供給された気化燃料と前記空気供給経路から供給された空気を混合する混合部と、前記混合部の下流側であって、前記気化部に熱伝導的に接触若しくは近接して配置された、酸化触媒成分を担持した触媒発熱体と、前記触媒発熱体の下流側であって、多数の連通孔を有する触媒燃焼部とを備え、
前記気化部は、前記触媒発熱体からの熱を利用でき、
前記空気供給経路から供給された空気は分流し、一部は前記混合部へ供給されるとともに、残る一部は前記触媒燃焼部へ供給される、触媒燃焼装置である。
【００１０】
また、本発明は、液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、前記燃料供給経路から供給される燃料を加熱して前記液体燃料を気化させる気化面を有する気化部と、前記空気供給経路から供給された空気と前記気化部で気化された燃料を混合する第１の混合空間と、その第１の混合空間の下流側に第２の混合空間を備え、
前記空気供給経路の先端が、前記気化面を貫通することによって、前記先端から噴出した空気の一部は、前記気化部における加熱の影響を受けずに、前記第１の混合空間外へ流出し、残る空気は前記第１の混合空間内で前記気化した燃料と混合され混合気となり前記第１の混合空間外へ流出し、
前記第１の混合空間外における第２の混合空間において、前記流出した空気と、前記混合気が混合される燃料気化装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の実施には、多数の連通孔を有して各種燃料への酸化活性を有する触媒体、液体燃料の気化部の他、着火装置や流量制御装置、あるいは必要に応じて、温度検出装置や駆動装置等が必要となる。触媒体としては、金属やセラミックのハニカム担体、あるいはセラミック繊維の編組体、多孔質焼結体等に、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とした活性成分を担持させたものを用い、また空気導入多孔体としては、セラミックのハニカム構造体、あるいはセラミック繊維の編組体、多孔質焼結体等を用いることができる。さらに、空気の流量制御には手動のニードルバルブや電動のソレノイドバルブ等が使われ、液体燃料の流量制御には電磁ポンプ等を使用する。その他の駆動部分は手動のレバー操作、自動制御のモータ駆動等が可能で、着火装置としては電気ヒータや放電点火器等を使用し得る。なお、これらはいずれも従来から広く採用されている手段であり、他の公知の手段でも可能である。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る触媒燃焼装置の実施の形態の部分断面構成図である。
図１において、１は燃料タンク、２は燃料供給ポンプ、３は燃料供給経路、４は燃料噴出口、５は空気供給ファン、６は空気供給経路、７は空気噴出口、８は気化部であり、内側面を黒色耐熱塗料により塗装されている。
【００１４】
また、９は気化部加熱ヒータ、１０は金属基材に白金属の貴金属を担持させた触媒発熱体であり、気化部８と接触するように設置されている。
【００１５】
さらに、１１は燃焼室、１２は多数の連通孔を有するセラミックハニカムに白金属の貴金属を担持させた触媒燃焼部であり、１３は触媒加熱ヒータ、１４は燃焼ガス排出口である。
【００１６】
次に、図１において本実施の形態の動作と特性について説明する。燃料タンク１内の液体燃料（ここでは灯油を使用）は、燃料供給ポンプ２において流量制御された後、燃料供給経路３を経由して燃料噴出口４から空気供給経路６内に噴出される。
【００１７】
また、空気は、適正な空気流量となるように電圧を印加された空気供給ファン５により供給され、空気供給経路６を経由して液体燃料と混合した後、空気噴出口７から気化部８内に噴出される。
【００１８】
さらに、空気噴出口７から噴出される予混合気は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御される気化部８の対向する壁に衝突し、ここで液体燃料の気化が行われる。
【００１９】
また、気化された液体燃料と空気の予混合気の大部分は、直接触媒燃焼部１２に供給される。
ここで、燃焼量に対応して燃料供給ポンプ２で供給量を調節することにより、触媒燃焼部１２の上流表面の温度は、良好な燃焼排ガス特性を有するとともに、燃焼継続の可能な５００℃以上、かつ耐熱限界の９００℃以下に制御される。
【００２０】
このとき、供給される液体燃料の発熱量の５０〜６０％に相当する熱量が、触媒燃焼部１２の上流側に放射される。また、予混合気の一部は、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触して触媒反応が行われる（ただし、予混合気の触媒発熱体１０への接触頻度は、燃焼量に対応して変化する）。このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、触媒発熱体１０は、触媒活性の低下に著しい影響を与えることのない４００〜６００℃程度の温度に維持される。
【００２１】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、熱伝導により接触配置された気化部８に伝えられる。また、触媒発熱部１２の上流側への放射熱の一部は、触媒発熱体１０の開口部を経由して、直接気化部８に還流される。
【００２２】
さらに、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および触媒燃焼部１２からの放射熱は、液体燃料の気化熱と同時に、予混合気の予熱にも利用されることから、これらの一部は、再度触媒燃焼部１２に還流されることになる。
【００２３】
このように、触媒発熱体１０および触媒燃焼部１２における反応熱の気化部８への還流効果により、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力を大幅に低減することができると同時に、予混合気の予熱効果により、燃料消費量を低減すること、すなわち高い熱利用効率を実現することが可能となる。このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００２４】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施の形態１と同じであるが、気化部8と触媒燃焼部１２との間に、混合気の、触媒燃焼部１２への流れを制約する制約手段２１０を備えている点が異なる。したがって、この相違点を中心に説明する。
【００２５】
図２は本実施の形態の要部断面図である。ここで、１５は混合気の空間部であり、気化部８と触媒発熱体１０の間に設置され、混合気の流通する空間となっている。また、１６は触媒発熱体１０に設けられた連通孔である。触媒発熱体１０は箱状の形状をしており、前記気化部８を覆うように、熱伝導的に連結して、配置されている。その触媒発熱体１０の底部と、側部には、触媒発熱体連通孔１６が設けられ、そこから混合気が触媒発熱体１０の外へ流出する。
【００２６】
なお、本明細書で言う箱状の形状には、直方体形状はもちろん、円筒状もふくみ、また角部の形状は、９０度のものだけでなく、丸い形状をなしているものも広く含む。
【００２７】
次に、図２において本実施の形態の動作と特性について説明する。
実施の形態１と同様に、空気噴出口７から噴出される予混合気は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御される気化部８の対向する壁に衝突し、ここで液体燃料の気化が行われる。
【００２８】
気化された液体燃料と空気の予混合気は、混合気空間１５を経由した後、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触反応し、触媒発熱体連通孔１６を通過して触媒燃焼部１２に供給される。
【００２９】
このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、触媒発熱体１０の温度は６００〜８００℃に維持される。
【００３０】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、接触設置している部分からの熱伝導および気化部８に対向する面からの熱放射により、気化部８に伝えられる。
【００３１】
また、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化熱と同時に、予混合気の予熱にも利用されることから、これらの一部は、再度触媒発熱体１０を経由して、触媒燃焼部１２に還流されることになる。
【００３２】
このように、触媒発熱体１０および触媒燃焼部１２における反応熱の気化部８への還流効果により、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力を大幅に低減することができると同時に、予混合気の予熱効果により、燃料消費量を低減すること、すなわち高い熱利用効率を実現することが可能となる。
【００３３】
また、触媒発熱体１０が箱状をしているので、触媒発熱体１０へ混合気が十二分に供給され、触媒発熱体１０の反応がより活発に行われるメリットがある。
【００３４】
また、触媒発熱体１０が箱状をしているので、混合気がその内部で十分混合されて外部へ排出されるというメリットもある。
【００３５】
このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００３６】
さらに、このように触媒発熱体１０から気化部８への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部１２を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【００３７】
なお、本実施の形態において、触媒発熱体１０は全体を金属基材により構成されているが、触媒発熱体連通孔１６の近傍部を白金属の貴金属を担持させた多数の連通孔を有するセラミックハニカムに置換しても良く、上記と同様の効果が得られると同時に、長期間使用時の触媒活性の低下の観点を考慮する場合には、より良好な傾向が得られるものとなる。
【００３８】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施の形態２と同じであるが、空気供給経路から供給される空気が、気化部に接触してその空気が加熱されることが出きるだけないように、空気供給経路の先端の空気噴出口を気化部に貫通させている点、燃料供給経路の一部を気化部内部に設置している点が異なる。したがって、この相違点を中心にして説明する。
【００３９】
図３は本実施の形態の要部断面図である。
ここで、１７は気化部貫通孔であり、空気供給経路６の先端の空気噴出口７を気化部貫通させている。
【００４０】
燃料タンク１内の液体燃料は、燃料供給ポンプ２において流量制御された後、気化部８内部に埋込み設置された燃料供給経路３を経由する。
【００４１】
燃料供給経路３は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御されることから、気化部８内部を経由する際に液体燃料の気化が行われた後、燃料噴出口４から空気供給経路６内に噴出される。
【００４２】
ここで、燃料供給経路３を気化部８内部に配置した部分の周囲は、気化部加熱ヒータ９により被覆されていることから、気化部８からの放熱を抑制する断熱効果も有している。
【００４３】
また、空気は、適正な空気流量となるように電圧を印加された空気供給ファン５により供給され、空気供給経路６を経由して燃料ガスと混合した後、空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出される。
【００４４】
また、気化された液体燃料と空気の予混合気は、空気供給経路６の先端の空気噴出口７を気化部８に貫通するように設置していることから、気化部８に直接接触することなく、空気混合気空間１５に流入し、その空間１５を経由した後、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触反応し、触媒発熱体連通孔１６を通過して触媒燃焼部１２に供給される。なお、空気噴出口７を気化部８に貫通させているといっても、本実施の形態では、厳密にいえば、気化部８の一部には接触している。しかし、空気の噴出方向を真上にしているので、気化部８の加熱の影響は殆ど受けないといってよく、実質上空気噴出口７は気化部８を完全に貫通しているといってよい。
【００４５】
このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、触媒発熱体１０の温度は６００〜８００℃に維持される。
【００４６】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、接触設置している部分からの熱伝導および気化部８に対向する面からの熱放射により、気化部８に伝えられる。
【００４７】
また、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化のみに利用されることから、気化部８への供給熱量を、予混合気として気化を行う場合の１／８〜１／６に低減することが可能となる。
【００４８】
このように、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力をほぼゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００４９】
さらに、このように触媒発熱体１０から気化部８への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部１２を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【００５０】
なお、本実施の形態において、気化された液体燃料を、燃料噴出口４から一旦空気供給経路６内に噴出しているが、直接混合気空間１５内に噴出した後、空気との混合を行っても良く、上記と同様の効果が得られるものである。
【００５１】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施の形態３と同じであるが、一部の空気が触媒発熱体１０に接触しないように、触媒発熱体１０の、空気噴出口７の下流位置に、分流空気口１８を設置している点、分流空気口１８の下流の、触媒燃焼部１２に近接する位置に、分流空気と混合気の混合を促進する整流板１９を、加熱ヒータ１３に接触させた状態で設けている点、燃料供給経路３から供給される液体燃料が、気化部８に衝突するように、燃料供給経路３の先端の燃料噴出口４を配置している点が異なる。
したがって、この相違点を中心にして説明する。
【００５２】
図４は本実施の形態の要部断面図である。ここで、触媒発熱体１０の中央に設けられた開口は分流空気口１８であり、分流された空気が通過する。
【００５３】
また、整流板１９が、分流空気口１８の下流に配置され、この整流板１９は、触媒燃焼部１２を加熱するための加熱ヒータ１３に接触して配置されている。ここで、整流板１９は、金属基材に白金属の貴金属を担持させた構成となっている。
【００５４】
次に、図４において本実施の形態の動作と特性について説明する。
燃料タンク１内の液体燃料は、燃料供給ポンプ２において流量制御された後、燃料供給経路３を経由して、燃料噴出口４から混合気空間１５内に噴出される。
【００５５】
さらに、燃料噴出口４から噴出される液体燃料は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御される気化部８の対向する壁に衝突し、ここで液体燃料の気化が行われる。
【００５６】
また、空気は、適正な空気流量となるように電圧を印加された空気供給ファン５により供給され、空気供給経路６を経由して、空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出されるが、空気供給経路６の先端の空気噴出口７を気化部８に貫通するように設置していることから、空気は気化部８に直接接触することなく、まっすぐ触媒燃焼部１２方向へ流れ、その空気の一部は、分流空気口１８から外へ、気化された液体燃料と混合することなく、直接燃焼室１１内に供給される。
【００５７】
また、分流空気孔１８で外へ流出しなかった空気は、気化部８の対向する壁に衝突し、気化された液体燃料と、混合気空間１５内において混合された後、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触反応し（ただし、適正な空気流量に対して空気不足の条件）、触媒発熱体連通孔１６を通過する。
【００５８】
一方、分流空気口１８を通過した空気は、整流板１９への衝突により、燃焼室１１の中心周囲に形成される予混合気の流れに向かう流れを形成し、ここで予混合気と混合された後、触媒燃焼部１２に供給される。
【００５９】
このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、適正な空気流量に対して空気不足の条件となっていることから、触媒発熱体１０の温度は、実施の形態３よりも低く、触媒活性の低下に著しい影響を与えることのない５００〜７００℃に維持される。
【００６０】
さらに、整流板１９は、５０℃程度の低温の分流された空気と接触するものの、触媒燃焼部１２近傍に設置されていることから、タールの付着を抑制することが可能となる。
【００６１】
また、タールが付着した場合にも、触媒燃焼を開始する前の触媒燃焼部加熱ヒータ１３への通電により、整流板１９も昇温し、ここに担持された触媒表面においてタールの分解反応が行われることから、タールの蓄積による悪臭等の問題を引き起こすことはない。
【００６２】
さらに、触媒燃焼部１２における燃焼排ガスの特性に関しても良好であることから、整流板１９を設置することにより、予混合気を供給する場合と同程度の混合特性を実現し得るものである。
【００６３】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、接触設置している部分からの熱伝導および気化部８に対向する面からの熱放射により、気化部８に伝えられる。
【００６４】
また、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化のみに利用されることから、気化部８への供給熱量を、予混合気として気化を行う場合の１／８〜１／６に低減することが可能となる。
【００６５】
加えて、空気を分流して触媒発熱体１０と接触する予混合気の流量を低減することにより、触媒発熱体１０から予混合気への熱回収量を低減していることから、このように、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力を全燃焼量域に渡ってゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【００６６】
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００６７】
さらに、このように触媒発熱体１０から気化部８への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部１２を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【００６８】
なお、本実施の形態において、整流板１９を触媒燃焼部加熱ヒータ１３に接触設置しているが、隔離設置しても良く、整流板１９を触媒燃焼部１２の近傍に配置すれば、上記と同様の効果が得られるものである。
【００６９】
また、触媒発熱体１０に開口した分流空気口１８から分流された空気を流通させているが、気化部８の上流においてあらかじめ分流した後（図４における６‘参照）、燃焼室１１内に供給しても良く、燃焼装置の構成はやや複雑になるものの、上記と同様の効果が得られるものである。
【００７０】
さらに、点火手段としては触媒燃焼部加熱ヒータ１３を用いた触媒燃焼部の上流からの加熱立上げ方式を用いているが、火炎燃焼により触媒燃焼を開始させる場合に用いる点火器として、圧電着火器を用いる場合には、無電源の触媒燃焼装置を実現し得るものとなる。
【００７１】
以上、本発明を液体燃料の触媒燃焼装置に実施した例で説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは勿論である。すなわち、以下のような場合も本発明に含まれる。
【００７２】
触媒燃焼部の担体にはセラミックハニカムを用いているが、予混合気が流通し得る多数の連通孔を有するものであれば、その素材や形状に限定はなく、例えばセラミックや金属の焼結体、金属ハニカムや金属不織布、セラミック繊維の編組体等が利用可能であり、形状も平板に限らず、湾曲形状や筒状あるいは波板状など、素材の加工性と用途に応じて任意に設定し得る。
【００７３】
また活性成分としては、白金、パラジウム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、これらの混合体や他の金属やその酸化物、およびこれらとの混合組成であっても良く、燃料種や使用条件に応じた活性成分の選択が可能である。
【００７４】
また、燃焼室の外周壁には、熱線を透過する結晶化ガラスや石英ガラス等からなる熱線透過窓、または、熱線透過窓の代わりとして、表面の放射率が高く、熱伝導性の良好な材料により構成される２次放射体もしくは銅パイプ等からなる熱媒体流路を添装した放射受熱体等を設置しても良く、いずれの場合においても上記と同様の効果が得られるものである。
【００７５】
さらに、点火手段としては電気ヒータを用いた触媒燃焼部の上流からの加熱立上げ方式を用いているが、火炎燃焼を開始させる点火器としては、圧電着火器を用いるのも無電源機器を完成させるに有効な手段である。
【００７６】
次に、さらに本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００７７】
（実施の形態５）
図５は、本発明の一実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図である。１０１は燃料供給経路、１０２は燃料噴出口、１０３は気化部１０３‘の気化面、１０４は加熱ヒータ、１０５は空気供給経路であり、先端を気化面１０３の一部に貫通させている。また、気化部１０３’は箱状の形状をしており、その下面に加熱ヒータ１０４が取り付けられている。
【００７８】
１０７は、第１の混合気空間の一例としての混合気空間である。１０７‘は、第２の混合気空間である。１０８は空気分流口、１０９は触媒燃焼部であり、混合気空間１０７の下流に配置され、セラミックハニカムに白金族触媒成分を担持している。１１０は高放射率膜であり、混合気空間１０７を形成しているケース１０６の、触媒燃焼部１０９側表面を被覆している。第１の混合気空間１０７は箱状のケース１０６で形成されており、上記気化部１０３’を覆うように、配置されている。さらに、ケース１０６は気化部１０３‘と熱伝導的に連結されている。
【００７９】
さらに、その混合気空間１０７を形成するケース１０６の底部（図面上は上に存在する）には、空気分流口１０８が形成されている。この空気分流口１０８の縁１６０は、混合気空間１０７の内部の方を向いて突出している。
【００８０】
また、燃料供給経路１０１の先端は気化部１０３‘の気化面１０３へ向いており、液体燃料が気化面１０３へ衝突するようになっている。さらに、空気供給経路１０５は、その空気をケース１０６の底部の中央に向かって噴出できるように配置されている。そして、上述したように、その底部の中央には空気分流口１０８が開いている。
【００８１】
燃料気化装置１２０は、燃料供給経路１０１、燃料噴出口１０２、気化面１０３、空気供給経路１０５、第１の混合気空間１０７、第２の混合気空間１０７’及び、空気分流口１０８で構成され、それに触媒燃焼部１０９を組み合わせて触媒燃焼装置１２１を構成している。加熱ヒータ１０４は、立ち上げ時など、気化面１０３の温度が不足して気化が十分に行われないときに用いる。
【００８２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
供給される液体燃料（ここでは灯油を使用）は、燃料供給経路１０１を経由して、先端の燃料噴出口１０２から気化面１０３に噴射される。ここで、起動時および熱量の不足時には、設置された加熱ヒータ１０４のＯＮ−ＯＦＦ制御により、気化面１０３の温度は燃料の気化温度以上（灯油では２５０℃以上）を保つように制御されており、ここで液体燃料の気化が行われる。もちろん、ヒータ１０４の電力供給が無くとも、気化面１０３の温度が高ければ気化は行われる。
【００８３】
また、先端を気化面１０３に貫通させた空気供給経路１０５を経由して供給される燃焼用空気は、まっすぐ上方へ流れ、大部分は空気分流口１０８から外へ排出され、一部は混合気空間１０７に流れる。
【００８４】
この分流された一部の空気は、気化面１０３と混合気空間１０７内を循環し、ここで気化面１０３において気化された液体燃料と混合され、さらに空気供給経路１０５から供給されてくる空気の流れに乗りながら混合された後、空気分流口１０８を経て混合気空間１０７の外に排出される。
【００８５】
このように構成することによって、空気供給経路１０５から供給される空気の一部は、そのまま、気化部１０３’に接触することなく、つまり、気化部１０３’を加熱する熱によって加熱されることなく、混合気空間１０７の外へ排出され、残る空気は混合気空間１０７内を流れながら気化した燃料と混合され、やがて混合気空間１０７の外へでていく。
【００８６】
それによって、良好な混合特性を実現することが可能となり、且つ、混合気空間１０７を循環して気化面１０３に接触する空気流量は、空気供給経路１０５から直接混合気空間１０７の外へ出ていく空気が無い場合に比べて少なくなる。その結果、気化の際、無駄に空気を加熱することはなく、その加熱エネルギーは、液体燃料の気化に効率よく用いられ、気化に要する熱量が大幅に低減されるという効果が得られる。
【００８７】
また、空気分流口１０８から排出された混合気は、第２の混合気空間１０７‘において、さらに混合され、そして、その下流に設置された触媒燃焼部１０９に供給され、ここで酸化反応が行われる。
【００８８】
この反応熱により、触媒燃焼部１０９の上流表面の温度は、燃焼継続の可能な５００℃以上、かつ耐久性を考慮した温度限界の９００℃以下に維持される。
このとき、触媒燃焼部１０９上の触媒燃焼により、供給される液体燃料の発熱量の５０〜６０％に相当する熱量が、触媒燃焼部１０９の上流側に放射される。
【００８９】
ここで、第１の混合気空間１０７のケース１０６は高放射率膜１１０により被覆されていることから、触媒燃焼部１０９から到達する放射熱のうち９０％以上は、高放射率膜１１０において吸収された後、ケース１０６の、気化面１０３に対向する面から２次熱放射を行う。さらにケース１０６の熱は、気化部１０３’の気化面１０３へ、ケース１０６に連接している部分から熱伝導により伝えられ、液体燃料の気化に用いられる。
【００９０】
その結果、触媒燃焼部１０９からの燃焼熱で燃料の気化が行われ、加熱ヒータ９の電力がほとんど要らなくなるという効果が得られる。さらに、触媒燃焼部１０９からの放射熱は、液体燃料の気化と同時に、予混合気の予熱にも利用されることから、これらの一部は、再度触媒燃焼部１０９に還流され、エネルギーは無駄にならないという効果が得られる。
【００９１】
以上、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得ることが示された。
【００９２】
なお、本実施の形態において、ケース１０６の触媒燃焼部１０９側表面を高放射率膜１１０により被覆しているが、ケース１０６自体を高放射率の基材により構成しても良い。
また、ケース１０６を銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い基材により構成する場合、もしくは、接触熱抵抗を抑制するように気化面１０３と一体構成とする場合には、触媒燃焼部１０９の上流表面からの放射熱をより効率的に気化面１０３に伝えることが可能となり、さらに上記と同等以上の効果を期待し得るものとなる。
【００９３】
また、空気供給経路１０５を上流側において分岐し、その一方１０５‘を、図に示すように第１の混合気空間１０７を全く通さず、直接第２の混合気空間１０７’に導いてもかまわない。
【００９４】
（実施の形態６）
図６は、本発明の異なる実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図、図７は同装置の部分構成図である。
【００９５】
本実施の形態は、基本構成は（実施の形態５）の燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置と同じであるが、ケース１０６に、混合気空間１０７内を流通する混合気を外へ排出する混合気流通口１１３を設置している点、空気分流口１０８の下流に整流板１１４を設置している点、気化面１０３を略鉛直方向に設置するとともに、下端を燃料噴出口１０２より低い位置としている点、燃料噴出口１０２より低い位置に液体燃料分流部１１５を設置している点、加熱ヒータ１０４を気化面１０３の裏面に沿って設置している点が異なる。したがって、この相違点を中心に説明する。
【００９６】
燃料気化装置１２０は、燃料供給経路１０１、燃料噴出口１０２、気化面１０３、空気供給経路１０５、ケース１０６、第１の混合気空間１０７、第２の混合気空間、空気分流口１０８で構成され、それに触媒燃焼部１０９を組み合わせて触媒燃焼装置１２１を構成している。加熱ヒータ１０４は、立ち上げ時など、気化面１０３の温度が不足して気化が十分に行われないときに用いる。
【００９７】
供給される液体燃料は、燃料ポンプ２１から燃料供給経路１０１を経由して、先端の燃料噴出口１０２から気化面１０３に噴出される。ここで、起動時および熱量の不足時には、設置された加熱ヒータ１０４により気化面１０３は燃料の気化温度以上（灯油では２５０℃以上）を保つように制御されている。
【００９８】
もちろん、ヒータ１０４の電力供給が無くとも、気化面１０３の温度が高ければ気化は行われる。燃焼量の小さい場合には、液体燃料は気化面１０３に衝突した後、全量瞬時に気化される。
【００９９】
燃焼量の大きい場合には、衝突後に全量瞬時に気化されず、図７に示すように、一部の液体状態の燃料は、気化面１０３に沿って流れ落ち、気化面１０３上に突出配置されている液体燃料分流部１１５に衝突する。
【０１００】
液体燃料分流部１１５は突出配置されているので、液体燃料は速やかに分散される。分散されることで液体燃料が気化面１０３と接触する面積が増え、熱をもらいやすくなる。
【０１０１】
このようにして液体燃料は気化面１０３より熱をもらい、液体状態の燃料の気化が行われる。
【０１０２】
このように気化面１０３に沿って液体燃料を分散気化させる構成により、液体燃料を均一加熱して気化させることが可能となり、燃料の一部が再凝縮することを回避し得るものである。
【０１０３】
また、加熱ヒータ１０４を気化面１０３に沿って配置している。この気化面１０３に沿って加熱ヒータ１０４を配置する構成により、加熱ヒータ１０４の発熱は効率よく液体燃料の気化熱として利用され、加熱ヒータ１０４における消費電力を低減できる。
【０１０４】
また、送風ファン２２から、先端を気化面１０３に貫通させた空気供給経路１０５を経由して供給される燃焼用空気は、分流口１０８により分流され、一部の空気は、第１の混合気空間１０７内に流通し、ここで気化面１０３において気化された燃料と混合された後、ケース１０６に設置された混合気流通口１１３を通過して混合気空間１０７外に排出される。
【０１０５】
また、残りの大部分の空気は、気化面１０３に直接接触することなく、空気分流口１０８を経て直接混合気空間１０７外に排出される。
【０１０６】
さらに、空気分流口１０８を経て直接混合気空間１０７外に排出された空気は、空気分流口１０８の下流に設置された整流板１１４に衝突後分散され、この周囲を流通する混合気流通口１１３から排出された混合気に向かう流れを形成し、混合気と混合される。従って、混合気空間１０７内は温度低下が小さいので、気化した液体燃料は再凝縮しない。
【０１０７】
このように分流口１０８により空気を分流し、一部の空気を直接混合気空間１０７外に排出し、気化面１０３に接触させる流量を低減する構成により、気化に要する熱量を大幅に低減することが可能となる。
【０１０８】
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた燃料気化装置１２０を提供し得るものである。
【０１０９】
さらに、このように分流した空気を整流板１１４に衝突させて混合を行う構成により、均一な混合気を供給し得ることから、下流側に火炎燃焼や触媒燃焼等の任意の燃焼部を設置することも可能であり、応用範囲の広い燃料気化装置１２０を提供し得るものである。
【０１１０】
そして、均一に混合された予混合気は触媒燃焼部１０９で触媒燃焼し、輻射熱を発する。その熱は、受熱フィン２６ａおよび燃焼筒２６を経て受熱チューブ２５に伝わり、中を流れる媒体に回収される。
【０１１１】
また、一部の輻射熱は、高放射率の材料で構成されたケース１０６で効率よく吸収され、気化面１０３に運ばれ、燃料の気化に利用される。さらに、触媒燃焼部１０９から排出される燃焼ガスからも、排気筒２７から放出されるまでに受熱フィン２６ａで熱回収され、受熱チューブ２５を経て媒体へ熱が回収される。
【０１１２】
媒体はポンプ２４の動作により循環しており、外部放熱器２３に運ばれると、ここで熱を放出し、外部で熱源として利用される。
【０１１３】
以上のように燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置を構成することにより、燃料気化に要する電力を低減し、再凝縮しない燃料気化装置および触媒燃焼装置を提供できた。
【０１１４】
なお、本実施の形態において、燃焼用空気を分流する場所を気化面１０３の下流側に設けているが、気化面１０３よりも上流側に設けて、あらかじめ分流した後、燃焼用空気を供給しても良く、燃料気化装置１２０の構成はやや複雑になるものの、上記と同様の効果が得られるものである（図５の１０５‘参照）。
【０１１５】
（実施の形態７）
図８は、本発明の異なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面図である。本実施の形態は、基本構成は（実施の形態５）の燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置と同じであるが、気化面１０３と輻射受熱体１１１を一体構成としている点、触媒燃焼部１０９を輻射受熱体１１１に対向配置している点、輻射受熱体１１１を高放射率の材料１０により被覆している点、気化面１０３を輻射受熱体１１１の位置より触媒燃焼部１０９側に突出させている点、気化面１０３の裏面を高放射率の材料１０により被覆している点が異なる。この相違点を中心に説明する。
【０１１６】
燃料気化装置１２０は、燃料供給経路１０１、燃料噴出口１０２、箱状の気化部１０３’の気化面１０３、空気供給経路１０５で構成され、それに触媒燃焼部１０９を組み合わせて触媒燃焼装置１２１を構成し、さらに高放射率膜１１０を、少なくとも気化面１０３の裏面の触媒燃焼部１０９側表面を高放射率とするために設け、燃料気化装置１２０の性能を向上させるために用いている。加熱ヒータ１０４は、気化面１０３の温度が不足するときに用いる。気化部１０３’は箱形形状をしており、その底部が気化面１０３を形成し、側面３ａには、気化部開口部１１２が形成されている。
【０１１７】
また、燃料供給経路１０１と、空気供給経路１０５はともに、水平に燃料、空気を吹き出し、気化面１０３へ衝突させるようになっている。
【０１１８】
また、輻射受熱体１１１は気化面１０３と熱伝導的に一体構成されており、触媒燃焼部１０９は輻射受熱体１１１の下流に配置している。つまり、板状輻射受熱体１１１は触媒燃焼部１０９と対向した状態となっており、さらに、その輻射受熱体１１１の中央に上記箱形気化部１０３‘が配置され、且つ、触媒燃焼部１０９側へ突出している。
【０１１９】
供給される液体燃料は、燃料供給経路１０１を経由して、先端の燃料噴出口１０２から気化面１０３に噴射される。また、燃焼用空気も、燃料供給経路１０１の周囲に配置された空気供給経路１０５を経由して、気化面１０３に噴出される。気化面１０３は鉛直になっている。
【０１２０】
ここで、気化面１０３は燃料の気化温度以上（灯油では２５０℃以上）となるように制御されており、液体燃料は気化面１０３に衝突後気化されるとともに、気化した燃料蒸気は分散され、この周囲を流通する空気側への流れを形成し、空気との混合が行われ混合気となる。
【０１２１】
この際、気化面１０３で気化しきれなかった液体燃料も、気化面１０３が鉛直となっているので、気化面１０３に沿って流れ落ち、気化面１０３と輻射受熱体１１１とを結合している部材３ａの下側に溜まり、ここで熱をもらい気化する。
【０１２２】
この混合気は、気化部開口部１１２を経由して、下流に設置された触媒燃焼部１０９に供給され、ここで酸化反応が行われる。この反応熱により、触媒燃焼部１０９の上流表面の温度は、燃焼継続の可能な５００℃以上、かつ耐久性を考慮した温度限界の９００℃以下に維持される。
【０１２３】
このとき、供給される液体燃料の発熱量の５０〜６０％に相当する熱量が、触媒燃焼部１０９の上流側に放射される。ここで、輻射受熱体１１１は気化面１０３と一体構成されており、触媒燃焼部１０９は輻射受熱体１１１の下流に配置しているので、気化面１０３の裏面および輻射受熱体１１１は、触媒燃焼部１０９に対向しており、さらにそれらの全部または一部は高放射率膜１１０により被覆されている。
【０１２４】
その結果、触媒燃焼部１０９から発せられる放射熱のうち９０％以上、すなわち発熱量のうち５０％以上は、輻射面３の裏面および輻射受熱体１１１において吸収される。
【０１２５】
さらに、気化面１０３を輻射受熱体１１１より触媒燃焼部１０９側に突出させていることから、より広い範囲からの放射熱がその裏面に到達する。ここでの吸収熱は外部に放熱されることなく、直接液体燃料の気化熱として利用されることから、燃料の一部が再凝縮することを回避し得るものであり、同時に加熱ヒータ１０４の消費電力を低減する効果がある。さらに、触媒燃焼部１０９からの放射熱は予混合気の予熱にも利用され、再度触媒燃焼部１０９に還流される。
【０１２６】
このように気化面１０３を輻射受熱体１１１より触媒燃焼部１０９側に突出させた構成により、別途流路制御部等を設置することなく、さらに簡易な構成により、加熱ヒータ１０４における消費電力を大幅に低減する効果がある。
【０１２７】
このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置１２１を提供し得るものである。さらに、気化部開口部１１２を炎口としても、火炎からの輻射熱が輻射受熱体１１１および気化部開口部１１２を加熱し、熱伝導で気化面１０３を加熱するので、火炎燃焼装置の燃料気化装置１２０としても適用し得るものであり、応用範囲の広い燃料気化装置１２０を提供し得るものである。
【０１２８】
なお、本実施の形態において、輻射受熱体１１１の触媒燃焼部１０９側表面を高放射率膜１１０により被覆しているが、輻射受熱体１１１自体を高放射率の基材により構成しても良く、上記と同様の効果が得られるものである。
【０１２９】
また、輻射受熱体１１１を銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い基材により構成する場合には、触媒燃焼部１０９の上流表面からの放射熱をより効率的に気化面１０３に伝えることが可能となり、さらに上記と同等以上の効果を期待し得るものとなる。
【０１３０】
なお、上記実施の形態５〜７では、液体燃料の触媒燃焼装置および燃料気化装置で説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは勿論である。すなわち、以下のような場合も本発明に含まれる。
【０１３１】
触媒燃焼部の担体にはセラミックハニカムを用いているが、予混合気が流通し得る多数の連通孔を有するものであれば、その素材や形状に限定はなく、例えばセラミックや金属の焼結体、金属ハニカムや金属不織布、セラミック繊維の編組体等が利用可能であり、形状も平板に限らず、湾曲形状や筒状あるいは波板状など、素材の加工性と用途に応じて任意に設定し得る。
【０１３２】
また活性成分としては、白金、パラジウム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、これらの混合体や他の金属やその酸化物、およびこれらとの混合組成であっても良く、燃料種や使用条件に応じた活性成分の選択が可能である。
【０１３３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る触媒燃焼装置では、気化部を定温以上に制御するために要する気化部加熱ヒータの消費電力を大幅に低減することができる。このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【０１３４】
また、空気供給経路から供給される空気が、できるだけ気化部に接触しないようにした構成により、触媒発熱体からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化に主に利用されることから、気化部への供給熱量を、予混合気として気化を行う場合の１／８〜１／６に低減することが可能となる。
【０１３５】
このように、気化部を定温以上に制御するために要する気化部加熱ヒータの消費電力を全燃焼量域に渡ってほぼゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【０１３６】
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【０１３７】
さらに、このように触媒発熱体から気化部への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【０１３８】
さらに、火炎燃焼により触媒燃焼を開始させる場合の点火器として、圧電着火器を用いる場合には、設置場所等の自由度の高い無電源の触媒燃焼装置を実現し得るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態としての燃焼装置の部分断面構成図
【図２】本発明の第２実施の形態としての燃焼装置の要部断面構成図
【図３】本発明の第３実施の形態としての燃焼装置の要部断面構成図
【図４】本発明の第４実施の形態としての燃焼装置の要部断面構成図
【図５】本発明の一実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図
【図６】本発明の異なる実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図
【図７】同燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の部分構成図
【図８】本発明の異なる実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 燃料供給ポンプ
３ 燃料供給経路
４ 燃料噴出口
５ 空気供給ファン
６ 空気供給経路
７ 空気噴出口
８ 気化部
９ 気化部加熱ヒータ
１０ 触媒発熱体
１１ 燃焼室
１２ 触媒燃焼部
１３ 触媒加熱ヒータ
１４ 燃焼ガス排出口
１５ 混合気空間
１６ 触媒発熱体連通孔
１７ 気化部連通孔
１８ 分流空気口
１９ 整流板
１０１燃料供給経路
１０２ 燃料噴出口
１０３ 気化面
１０４ 加熱ヒータ
１０５ 空気供給経路
１０６ ケース
１０７ 混合気空間
１０８ 空気分流口
１０９ 触媒燃焼部
１１０ 高放射率膜
１１１ 輻射受熱体
１１２ 気化部開口部
１１３ 混合気流通口
１１４ 整流板
１１５ 液体燃料分流部
１２０ 燃料気化装置
１２１ 触媒燃焼装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を使用する触媒燃焼装置及び液体燃料の気化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体燃料を気化させる方法として、従来から多数の提案がなされている。このうち液体燃料を気化部に滴下して気化させる方法、また気化部内に設置された気化素子を経由して気化させた後、噴出させる方法等が、家庭用石油燃焼機器に利用されており、良く知られている。
【０００３】
いずれの方法においても、形成される火炎の炎口部に設置された気化熱回収リングや、火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導により気化部への熱回収が行われている。
【０００４】
上記従来の気化装置においては、形成される火炎およびその近傍の雰囲気温度が１１００〜１３００℃と高温であるため、炎口部に設置された気化熱回収リングや、火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導により気化部への熱回収を行うことにより、自熱燃焼が可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、触媒燃焼装置においては、触媒燃焼部の温度が耐熱限界の９００℃以下に制限されることから、より低温の熱回収源となるため、従来と同様の気化部構成では、触媒燃焼を持続させるためには、気化部加熱ヒータにおいて多大な消費電力を要するという課題があった。
【０００６】
また、十分に熱量を与えないと、燃料の一部は再凝縮するという課題があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来の触媒燃焼装置の課題を解決することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、前記燃料供給経路から供給される燃料を加熱して気化させる気化部と、前記気化部から供給された気化燃料と前記空気供給経路から供給された空気を混合する混合部と、前記混合部の下流側であって、前記気化部に熱伝導的に接触若しくは近接して配置された、酸化触媒成分を担持した触媒発熱体と、前記触媒発熱体の下流側であって、多数の連通孔を有する触媒燃焼部とを備え、
前記気化部は、前記触媒発熱体からの熱を利用でき、
前記空気供給経路から供給された空気は分流し、一部は前記混合部へ供給されるとともに、残る一部は前記触媒燃焼部へ供給される、触媒燃焼装置である。
【００１０】
また、本発明は、液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、前記燃料供給経路から供給される燃料を加熱して前記液体燃料を気化させる気化面を有する気化部と、前記空気供給経路から供給された空気と前記気化部で気化された燃料を混合する第１の混合空間と、その第１の混合空間の下流側に第２の混合空間を備え、
前記空気供給経路の先端が、前記気化面を貫通することによって、前記先端から噴出した空気の一部は、前記気化部における加熱の影響を受けずに、前記第１の混合空間外へ流出し、残る空気は前記第１の混合空間内で前記気化した燃料と混合され混合気となり前記第１の混合空間外へ流出し、
前記第１の混合空間外における第２の混合空間において、前記流出した空気と、前記混合気が混合される燃料気化装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の実施には、多数の連通孔を有して各種燃料への酸化活性を有する触媒体、液体燃料の気化部の他、着火装置や流量制御装置、あるいは必要に応じて、温度検出装置や駆動装置等が必要となる。触媒体としては、金属やセラミックのハニカム担体、あるいはセラミック繊維の編組体、多孔質焼結体等に、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とした活性成分を担持させたものを用い、また空気導入多孔体としては、セラミックのハニカム構造体、あるいはセラミック繊維の編組体、多孔質焼結体等を用いることができる。さらに、空気の流量制御には手動のニードルバルブや電動のソレノイドバルブ等が使われ、液体燃料の流量制御には電磁ポンプ等を使用する。その他の駆動部分は手動のレバー操作、自動制御のモータ駆動等が可能で、着火装置としては電気ヒータや放電点火器等を使用し得る。なお、これらはいずれも従来から広く採用されている手段であり、他の公知の手段でも可能である。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る触媒燃焼装置の実施の形態の部分断面構成図である。
図１において、１は燃料タンク、２は燃料供給ポンプ、３は燃料供給経路、４は燃料噴出口、５は空気供給ファン、６は空気供給経路、７は空気噴出口、８は気化部であり、内側面を黒色耐熱塗料により塗装されている。
【００１４】
また、９は気化部加熱ヒータ、１０は金属基材に白金属の貴金属を担持させた触媒発熱体であり、気化部８と接触するように設置されている。
【００１５】
さらに、１１は燃焼室、１２は多数の連通孔を有するセラミックハニカムに白金属の貴金属を担持させた触媒燃焼部であり、１３は触媒加熱ヒータ、１４は燃焼ガス排出口である。
【００１６】
次に、図１において本実施の形態の動作と特性について説明する。燃料タンク１内の液体燃料（ここでは灯油を使用）は、燃料供給ポンプ２において流量制御された後、燃料供給経路３を経由して燃料噴出口４から空気供給経路６内に噴出される。
【００１７】
また、空気は、適正な空気流量となるように電圧を印加された空気供給ファン５により供給され、空気供給経路６を経由して液体燃料と混合した後、空気噴出口７から気化部８内に噴出される。
【００１８】
さらに、空気噴出口７から噴出される予混合気は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御される気化部８の対向する壁に衝突し、ここで液体燃料の気化が行われる。
【００１９】
また、気化された液体燃料と空気の予混合気の大部分は、直接触媒燃焼部１２に供給される。
ここで、燃焼量に対応して燃料供給ポンプ２で供給量を調節することにより、触媒燃焼部１２の上流表面の温度は、良好な燃焼排ガス特性を有するとともに、燃焼継続の可能な５００℃以上、かつ耐熱限界の９００℃以下に制御される。
【００２０】
このとき、供給される液体燃料の発熱量の５０〜６０％に相当する熱量が、触媒燃焼部１２の上流側に放射される。また、予混合気の一部は、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触して触媒反応が行われる（ただし、予混合気の触媒発熱体１０への接触頻度は、燃焼量に対応して変化する）。このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、触媒発熱体１０は、触媒活性の低下に著しい影響を与えることのない４００〜６００℃程度の温度に維持される。
【００２１】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、熱伝導により接触配置された気化部８に伝えられる。また、触媒発熱部１２の上流側への放射熱の一部は、触媒発熱体１０の開口部を経由して、直接気化部８に還流される。
【００２２】
さらに、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および触媒燃焼部１２からの放射熱は、液体燃料の気化熱と同時に、予混合気の予熱にも利用されることから、これらの一部は、再度触媒燃焼部１２に還流されることになる。
【００２３】
このように、触媒発熱体１０および触媒燃焼部１２における反応熱の気化部８への還流効果により、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力を大幅に低減することができると同時に、予混合気の予熱効果により、燃料消費量を低減すること、すなわち高い熱利用効率を実現することが可能となる。このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００２４】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施の形態１と同じであるが、気化部8と触媒燃焼部１２との間に、混合気の、触媒燃焼部１２への流れを制約する制約手段２１０を備えている点が異なる。したがって、この相違点を中心に説明する。
【００２５】
図２は本実施の形態の要部断面図である。ここで、１５は混合気の空間部であり、気化部８と触媒発熱体１０の間に設置され、混合気の流通する空間となっている。また、１６は触媒発熱体１０に設けられた連通孔である。触媒発熱体１０は箱状の形状をしており、前記気化部８を覆うように、熱伝導的に連結して、配置されている。その触媒発熱体１０の底部と、側部には、触媒発熱体連通孔１６が設けられ、そこから混合気が触媒発熱体１０の外へ流出する。
【００２６】
なお、本明細書で言う箱状の形状には、直方体形状はもちろん、円筒状もふくみ、また角部の形状は、９０度のものだけでなく、丸い形状をなしているものも広く含む。
【００２７】
次に、図２において本実施の形態の動作と特性について説明する。
実施の形態１と同様に、空気噴出口７から噴出される予混合気は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御される気化部８の対向する壁に衝突し、ここで液体燃料の気化が行われる。
【００２８】
気化された液体燃料と空気の予混合気は、混合気空間１５を経由した後、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触反応し、触媒発熱体連通孔１６を通過して触媒燃焼部１２に供給される。
【００２９】
このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、触媒発熱体１０の温度は６００〜８００℃に維持される。
【００３０】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、接触設置している部分からの熱伝導および気化部８に対向する面からの熱放射により、気化部８に伝えられる。
【００３１】
また、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化熱と同時に、予混合気の予熱にも利用されることから、これらの一部は、再度触媒発熱体１０を経由して、触媒燃焼部１２に還流されることになる。
【００３２】
このように、触媒発熱体１０および触媒燃焼部１２における反応熱の気化部８への還流効果により、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力を大幅に低減することができると同時に、予混合気の予熱効果により、燃料消費量を低減すること、すなわち高い熱利用効率を実現することが可能となる。
【００３３】
また、触媒発熱体１０が箱状をしているので、触媒発熱体１０へ混合気が十二分に供給され、触媒発熱体１０の反応がより活発に行われるメリットがある。
【００３４】
また、触媒発熱体１０が箱状をしているので、混合気がその内部で十分混合されて外部へ排出されるというメリットもある。
【００３５】
このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００３６】
さらに、このように触媒発熱体１０から気化部８への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部１２を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【００３７】
なお、本実施の形態において、触媒発熱体１０は全体を金属基材により構成されているが、触媒発熱体連通孔１６の近傍部を白金属の貴金属を担持させた多数の連通孔を有するセラミックハニカムに置換しても良く、上記と同様の効果が得られると同時に、長期間使用時の触媒活性の低下の観点を考慮する場合には、より良好な傾向が得られるものとなる。
【００３８】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施の形態２と同じであるが、空気供給経路から供給される空気が、気化部に接触してその空気が加熱されることが出きるだけないように、空気供給経路の先端の空気噴出口を気化部に貫通させている点、燃料供給経路の一部を気化部内部に設置している点が異なる。したがって、この相違点を中心にして説明する。
【００３９】
図３は本実施の形態の要部断面図である。
ここで、１７は気化部貫通孔であり、空気供給経路６の先端の空気噴出口７を気化部貫通させている。
【００４０】
燃料タンク１内の液体燃料は、燃料供給ポンプ２において流量制御された後、気化部８内部に埋込み設置された燃料供給経路３を経由する。
【００４１】
燃料供給経路３は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御されることから、気化部８内部を経由する際に液体燃料の気化が行われた後、燃料噴出口４から空気供給経路６内に噴出される。
【００４２】
ここで、燃料供給経路３を気化部８内部に配置した部分の周囲は、気化部加熱ヒータ９により被覆されていることから、気化部８からの放熱を抑制する断熱効果も有している。
【００４３】
また、空気は、適正な空気流量となるように電圧を印加された空気供給ファン５により供給され、空気供給経路６を経由して燃料ガスと混合した後、空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出される。
【００４４】
また、気化された液体燃料と空気の予混合気は、空気供給経路６の先端の空気噴出口７を気化部８に貫通するように設置していることから、気化部８に直接接触することなく、空気混合気空間１５に流入し、その空間１５を経由した後、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触反応し、触媒発熱体連通孔１６を通過して触媒燃焼部１２に供給される。なお、空気噴出口７を気化部８に貫通させているといっても、本実施の形態では、厳密にいえば、気化部８の一部には接触している。しかし、空気の噴出方向を真上にしているので、気化部８の加熱の影響は殆ど受けないといってよく、実質上空気噴出口７は気化部８を完全に貫通しているといってよい。
【００４５】
このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、触媒発熱体１０の温度は６００〜８００℃に維持される。
【００４６】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、接触設置している部分からの熱伝導および気化部８に対向する面からの熱放射により、気化部８に伝えられる。
【００４７】
また、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化のみに利用されることから、気化部８への供給熱量を、予混合気として気化を行う場合の１／８〜１／６に低減することが可能となる。
【００４８】
このように、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力をほぼゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００４９】
さらに、このように触媒発熱体１０から気化部８への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部１２を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【００５０】
なお、本実施の形態において、気化された液体燃料を、燃料噴出口４から一旦空気供給経路６内に噴出しているが、直接混合気空間１５内に噴出した後、空気との混合を行っても良く、上記と同様の効果が得られるものである。
【００５１】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施の形態３と同じであるが、一部の空気が触媒発熱体１０に接触しないように、触媒発熱体１０の、空気噴出口７の下流位置に、分流空気口１８を設置している点、分流空気口１８の下流の、触媒燃焼部１２に近接する位置に、分流空気と混合気の混合を促進する整流板１９を、加熱ヒータ１３に接触させた状態で設けている点、燃料供給経路３から供給される液体燃料が、気化部８に衝突するように、燃料供給経路３の先端の燃料噴出口４を配置している点が異なる。
したがって、この相違点を中心にして説明する。
【００５２】
図４は本実施の形態の要部断面図である。ここで、触媒発熱体１０の中央に設けられた開口は分流空気口１８であり、分流された空気が通過する。
【００５３】
また、整流板１９が、分流空気口１８の下流に配置され、この整流板１９は、触媒燃焼部１２を加熱するための加熱ヒータ１３に接触して配置されている。ここで、整流板１９は、金属基材に白金属の貴金属を担持させた構成となっている。
【００５４】
次に、図４において本実施の形態の動作と特性について説明する。
燃料タンク１内の液体燃料は、燃料供給ポンプ２において流量制御された後、燃料供給経路３を経由して、燃料噴出口４から混合気空間１５内に噴出される。
【００５５】
さらに、燃料噴出口４から噴出される液体燃料は、気化部加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御により２５０℃以上に制御される気化部８の対向する壁に衝突し、ここで液体燃料の気化が行われる。
【００５６】
また、空気は、適正な空気流量となるように電圧を印加された空気供給ファン５により供給され、空気供給経路６を経由して、空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出されるが、空気供給経路６の先端の空気噴出口７を気化部８に貫通するように設置していることから、空気は気化部８に直接接触することなく、まっすぐ触媒燃焼部１２方向へ流れ、その空気の一部は、分流空気口１８から外へ、気化された液体燃料と混合することなく、直接燃焼室１１内に供給される。
【００５７】
また、分流空気孔１８で外へ流出しなかった空気は、気化部８の対向する壁に衝突し、気化された液体燃料と、混合気空間１５内において混合された後、気化部８に接触配置された触媒発熱体１０に接触反応し（ただし、適正な空気流量に対して空気不足の条件）、触媒発熱体連通孔１６を通過する。
【００５８】
一方、分流空気口１８を通過した空気は、整流板１９への衝突により、燃焼室１１の中心周囲に形成される予混合気の流れに向かう流れを形成し、ここで予混合気と混合された後、触媒燃焼部１２に供給される。
【００５９】
このとき、この触媒反応により発生する熱と触媒燃焼部１２から還流される放射熱により、適正な空気流量に対して空気不足の条件となっていることから、触媒発熱体１０の温度は、実施の形態３よりも低く、触媒活性の低下に著しい影響を与えることのない５００〜７００℃に維持される。
【００６０】
さらに、整流板１９は、５０℃程度の低温の分流された空気と接触するものの、触媒燃焼部１２近傍に設置されていることから、タールの付着を抑制することが可能となる。
【００６１】
また、タールが付着した場合にも、触媒燃焼を開始する前の触媒燃焼部加熱ヒータ１３への通電により、整流板１９も昇温し、ここに担持された触媒表面においてタールの分解反応が行われることから、タールの蓄積による悪臭等の問題を引き起こすことはない。
【００６２】
さらに、触媒燃焼部１２における燃焼排ガスの特性に関しても良好であることから、整流板１９を設置することにより、予混合気を供給する場合と同程度の混合特性を実現し得るものである。
【００６３】
さらに、触媒発熱体１０において発生する反応熱の一部は、接触設置している部分からの熱伝導および気化部８に対向する面からの熱放射により、気化部８に伝えられる。
【００６４】
また、気化部８において、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化のみに利用されることから、気化部８への供給熱量を、予混合気として気化を行う場合の１／８〜１／６に低減することが可能となる。
【００６５】
加えて、空気を分流して触媒発熱体１０と接触する予混合気の流量を低減することにより、触媒発熱体１０から予混合気への熱回収量を低減していることから、このように、気化部８を２５０℃以上に制御するために要する気化部加熱ヒータ９の消費電力を全燃焼量域に渡ってゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【００６６】
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【００６７】
さらに、このように触媒発熱体１０から気化部８への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部１２を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【００６８】
なお、本実施の形態において、整流板１９を触媒燃焼部加熱ヒータ１３に接触設置しているが、隔離設置しても良く、整流板１９を触媒燃焼部１２の近傍に配置すれば、上記と同様の効果が得られるものである。
【００６９】
また、触媒発熱体１０に開口した分流空気口１８から分流された空気を流通させているが、気化部８の上流においてあらかじめ分流した後（図４における６‘参照）、燃焼室１１内に供給しても良く、燃焼装置の構成はやや複雑になるものの、上記と同様の効果が得られるものである。
【００７０】
さらに、点火手段としては触媒燃焼部加熱ヒータ１３を用いた触媒燃焼部の上流からの加熱立上げ方式を用いているが、火炎燃焼により触媒燃焼を開始させる場合に用いる点火器として、圧電着火器を用いる場合には、無電源の触媒燃焼装置を実現し得るものとなる。
【００７１】
以上、本発明を液体燃料の触媒燃焼装置に実施した例で説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは勿論である。すなわち、以下のような場合も本発明に含まれる。
【００７２】
触媒燃焼部の担体にはセラミックハニカムを用いているが、予混合気が流通し得る多数の連通孔を有するものであれば、その素材や形状に限定はなく、例えばセラミックや金属の焼結体、金属ハニカムや金属不織布、セラミック繊維の編組体等が利用可能であり、形状も平板に限らず、湾曲形状や筒状あるいは波板状など、素材の加工性と用途に応じて任意に設定し得る。
【００７３】
また活性成分としては、白金、パラジウム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、これらの混合体や他の金属やその酸化物、およびこれらとの混合組成であっても良く、燃料種や使用条件に応じた活性成分の選択が可能である。
【００７４】
また、燃焼室の外周壁には、熱線を透過する結晶化ガラスや石英ガラス等からなる熱線透過窓、または、熱線透過窓の代わりとして、表面の放射率が高く、熱伝導性の良好な材料により構成される２次放射体もしくは銅パイプ等からなる熱媒体流路を添装した放射受熱体等を設置しても良く、いずれの場合においても上記と同様の効果が得られるものである。
【００７５】
さらに、点火手段としては電気ヒータを用いた触媒燃焼部の上流からの加熱立上げ方式を用いているが、火炎燃焼を開始させる点火器としては、圧電着火器を用いるのも無電源機器を完成させるに有効な手段である。
【００７６】
次に、さらに本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００７７】
（実施の形態５）
図５は、本発明の一実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図である。１０１は燃料供給経路、１０２は燃料噴出口、１０３は気化部１０３‘の気化面、１０４は加熱ヒータ、１０５は空気供給経路であり、先端を気化面１０３の一部に貫通させている。また、気化部１０３’は箱状の形状をしており、その下面に加熱ヒータ１０４が取り付けられている。
【００７８】
１０７は、第１の混合気空間の一例としての混合気空間である。１０７‘は、第２の混合気空間である。１０８は空気分流口、１０９は触媒燃焼部であり、混合気空間１０７の下流に配置され、セラミックハニカムに白金族触媒成分を担持している。１１０は高放射率膜であり、混合気空間１０７を形成しているケース１０６の、触媒燃焼部１０９側表面を被覆している。第１の混合気空間１０７は箱状のケース１０６で形成されており、上記気化部１０３’を覆うように、配置されている。さらに、ケース１０６は気化部１０３‘と熱伝導的に連結されている。
【００７９】
さらに、その混合気空間１０７を形成するケース１０６の底部（図面上は上に存在する）には、空気分流口１０８が形成されている。この空気分流口１０８の縁１６０は、混合気空間１０７の内部の方を向いて突出している。
【００８０】
また、燃料供給経路１０１の先端は気化部１０３‘の気化面１０３へ向いており、液体燃料が気化面１０３へ衝突するようになっている。さらに、空気供給経路１０５は、その空気をケース１０６の底部の中央に向かって噴出できるように配置されている。そして、上述したように、その底部の中央には空気分流口１０８が開いている。
【００８１】
燃料気化装置１２０は、燃料供給経路１０１、燃料噴出口１０２、気化面１０３、空気供給経路１０５、第１の混合気空間１０７、第２の混合気空間１０７’及び、空気分流口１０８で構成され、それに触媒燃焼部１０９を組み合わせて触媒燃焼装置１２１を構成している。加熱ヒータ１０４は、立ち上げ時など、気化面１０３の温度が不足して気化が十分に行われないときに用いる。
【００８２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
供給される液体燃料（ここでは灯油を使用）は、燃料供給経路１０１を経由して、先端の燃料噴出口１０２から気化面１０３に噴射される。ここで、起動時および熱量の不足時には、設置された加熱ヒータ１０４のＯＮ−ＯＦＦ制御により、気化面１０３の温度は燃料の気化温度以上（灯油では２５０℃以上）を保つように制御されており、ここで液体燃料の気化が行われる。もちろん、ヒータ１０４の電力供給が無くとも、気化面１０３の温度が高ければ気化は行われる。
【００８３】
また、先端を気化面１０３に貫通させた空気供給経路１０５を経由して供給される燃焼用空気は、まっすぐ上方へ流れ、大部分は空気分流口１０８から外へ排出され、一部は混合気空間１０７に流れる。
【００８４】
この分流された一部の空気は、気化面１０３と混合気空間１０７内を循環し、ここで気化面１０３において気化された液体燃料と混合され、さらに空気供給経路１０５から供給されてくる空気の流れに乗りながら混合された後、空気分流口１０８を経て混合気空間１０７の外に排出される。
【００８５】
このように構成することによって、空気供給経路１０５から供給される空気の一部は、そのまま、気化部１０３’に接触することなく、つまり、気化部１０３’を加熱する熱によって加熱されることなく、混合気空間１０７の外へ排出され、残る空気は混合気空間１０７内を流れながら気化した燃料と混合され、やがて混合気空間１０７の外へでていく。
【００８６】
それによって、良好な混合特性を実現することが可能となり、且つ、混合気空間１０７を循環して気化面１０３に接触する空気流量は、空気供給経路１０５から直接混合気空間１０７の外へ出ていく空気が無い場合に比べて少なくなる。その結果、気化の際、無駄に空気を加熱することはなく、その加熱エネルギーは、液体燃料の気化に効率よく用いられ、気化に要する熱量が大幅に低減されるという効果が得られる。
【００８７】
また、空気分流口１０８から排出された混合気は、第２の混合気空間１０７‘において、さらに混合され、そして、その下流に設置された触媒燃焼部１０９に供給され、ここで酸化反応が行われる。
【００８８】
この反応熱により、触媒燃焼部１０９の上流表面の温度は、燃焼継続の可能な５００℃以上、かつ耐久性を考慮した温度限界の９００℃以下に維持される。
このとき、触媒燃焼部１０９上の触媒燃焼により、供給される液体燃料の発熱量の５０〜６０％に相当する熱量が、触媒燃焼部１０９の上流側に放射される。
【００８９】
ここで、第１の混合気空間１０７のケース１０６は高放射率膜１１０により被覆されていることから、触媒燃焼部１０９から到達する放射熱のうち９０％以上は、高放射率膜１１０において吸収された後、ケース１０６の、気化面１０３に対向する面から２次熱放射を行う。さらにケース１０６の熱は、気化部１０３’の気化面１０３へ、ケース１０６に連接している部分から熱伝導により伝えられ、液体燃料の気化に用いられる。
【００９０】
その結果、触媒燃焼部１０９からの燃焼熱で燃料の気化が行われ、加熱ヒータ９の電力がほとんど要らなくなるという効果が得られる。さらに、触媒燃焼部１０９からの放射熱は、液体燃料の気化と同時に、予混合気の予熱にも利用されることから、これらの一部は、再度触媒燃焼部１０９に還流され、エネルギーは無駄にならないという効果が得られる。
【００９１】
以上、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得ることが示された。
【００９２】
なお、本実施の形態において、ケース１０６の触媒燃焼部１０９側表面を高放射率膜１１０により被覆しているが、ケース１０６自体を高放射率の基材により構成しても良い。
また、ケース１０６を銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い基材により構成する場合、もしくは、接触熱抵抗を抑制するように気化面１０３と一体構成とする場合には、触媒燃焼部１０９の上流表面からの放射熱をより効率的に気化面１０３に伝えることが可能となり、さらに上記と同等以上の効果を期待し得るものとなる。
【００９３】
また、空気供給経路１０５を上流側において分岐し、その一方１０５‘を、図に示すように第１の混合気空間１０７を全く通さず、直接第２の混合気空間１０７’に導いてもかまわない。
【００９４】
（実施の形態６）
図６は、本発明の異なる実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図、図７は同装置の部分構成図である。
【００９５】
本実施の形態は、基本構成は（実施の形態５）の燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置と同じであるが、ケース１０６に、混合気空間１０７内を流通する混合気を外へ排出する混合気流通口１１３を設置している点、空気分流口１０８の下流に整流板１１４を設置している点、気化面１０３を略鉛直方向に設置するとともに、下端を燃料噴出口１０２より低い位置としている点、燃料噴出口１０２より低い位置に液体燃料分流部１１５を設置している点、加熱ヒータ１０４を気化面１０３の裏面に沿って設置している点が異なる。したがって、この相違点を中心に説明する。
【００９６】
燃料気化装置１２０は、燃料供給経路１０１、燃料噴出口１０２、気化面１０３、空気供給経路１０５、ケース１０６、第１の混合気空間１０７、第２の混合気空間、空気分流口１０８で構成され、それに触媒燃焼部１０９を組み合わせて触媒燃焼装置１２１を構成している。加熱ヒータ１０４は、立ち上げ時など、気化面１０３の温度が不足して気化が十分に行われないときに用いる。
【００９７】
供給される液体燃料は、燃料ポンプ２１から燃料供給経路１０１を経由して、先端の燃料噴出口１０２から気化面１０３に噴出される。ここで、起動時および熱量の不足時には、設置された加熱ヒータ１０４により気化面１０３は燃料の気化温度以上（灯油では２５０℃以上）を保つように制御されている。
【００９８】
もちろん、ヒータ１０４の電力供給が無くとも、気化面１０３の温度が高ければ気化は行われる。燃焼量の小さい場合には、液体燃料は気化面１０３に衝突した後、全量瞬時に気化される。
【００９９】
燃焼量の大きい場合には、衝突後に全量瞬時に気化されず、図７に示すように、一部の液体状態の燃料は、気化面１０３に沿って流れ落ち、気化面１０３上に突出配置されている液体燃料分流部１１５に衝突する。
【０１００】
液体燃料分流部１１５は突出配置されているので、液体燃料は速やかに分散される。分散されることで液体燃料が気化面１０３と接触する面積が増え、熱をもらいやすくなる。
【０１０１】
このようにして液体燃料は気化面１０３より熱をもらい、液体状態の燃料の気化が行われる。
【０１０２】
このように気化面１０３に沿って液体燃料を分散気化させる構成により、液体燃料を均一加熱して気化させることが可能となり、燃料の一部が再凝縮することを回避し得るものである。
【０１０３】
また、加熱ヒータ１０４を気化面１０３に沿って配置している。この気化面１０３に沿って加熱ヒータ１０４を配置する構成により、加熱ヒータ１０４の発熱は効率よく液体燃料の気化熱として利用され、加熱ヒータ１０４における消費電力を低減できる。
【０１０４】
また、送風ファン２２から、先端を気化面１０３に貫通させた空気供給経路１０５を経由して供給される燃焼用空気は、分流口１０８により分流され、一部の空気は、第１の混合気空間１０７内に流通し、ここで気化面１０３において気化された燃料と混合された後、ケース１０６に設置された混合気流通口１１３を通過して混合気空間１０７外に排出される。
【０１０５】
また、残りの大部分の空気は、気化面１０３に直接接触することなく、空気分流口１０８を経て直接混合気空間１０７外に排出される。
【０１０６】
さらに、空気分流口１０８を経て直接混合気空間１０７外に排出された空気は、空気分流口１０８の下流に設置された整流板１１４に衝突後分散され、この周囲を流通する混合気流通口１１３から排出された混合気に向かう流れを形成し、混合気と混合される。従って、混合気空間１０７内は温度低下が小さいので、気化した液体燃料は再凝縮しない。
【０１０７】
このように分流口１０８により空気を分流し、一部の空気を直接混合気空間１０７外に排出し、気化面１０３に接触させる流量を低減する構成により、気化に要する熱量を大幅に低減することが可能となる。
【０１０８】
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた燃料気化装置１２０を提供し得るものである。
【０１０９】
さらに、このように分流した空気を整流板１１４に衝突させて混合を行う構成により、均一な混合気を供給し得ることから、下流側に火炎燃焼や触媒燃焼等の任意の燃焼部を設置することも可能であり、応用範囲の広い燃料気化装置１２０を提供し得るものである。
【０１１０】
そして、均一に混合された予混合気は触媒燃焼部１０９で触媒燃焼し、輻射熱を発する。その熱は、受熱フィン２６ａおよび燃焼筒２６を経て受熱チューブ２５に伝わり、中を流れる媒体に回収される。
【０１１１】
また、一部の輻射熱は、高放射率の材料で構成されたケース１０６で効率よく吸収され、気化面１０３に運ばれ、燃料の気化に利用される。さらに、触媒燃焼部１０９から排出される燃焼ガスからも、排気筒２７から放出されるまでに受熱フィン２６ａで熱回収され、受熱チューブ２５を経て媒体へ熱が回収される。
【０１１２】
媒体はポンプ２４の動作により循環しており、外部放熱器２３に運ばれると、ここで熱を放出し、外部で熱源として利用される。
【０１１３】
以上のように燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置を構成することにより、燃料気化に要する電力を低減し、再凝縮しない燃料気化装置および触媒燃焼装置を提供できた。
【０１１４】
なお、本実施の形態において、燃焼用空気を分流する場所を気化面１０３の下流側に設けているが、気化面１０３よりも上流側に設けて、あらかじめ分流した後、燃焼用空気を供給しても良く、燃料気化装置１２０の構成はやや複雑になるものの、上記と同様の効果が得られるものである（図５の１０５‘参照）。
【０１１５】
（実施の形態７）
図８は、本発明の異なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面図である。本実施の形態は、基本構成は（実施の形態５）の燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置と同じであるが、気化面１０３と輻射受熱体１１１を一体構成としている点、触媒燃焼部１０９を輻射受熱体１１１に対向配置している点、輻射受熱体１１１を高放射率の材料１０により被覆している点、気化面１０３を輻射受熱体１１１の位置より触媒燃焼部１０９側に突出させている点、気化面１０３の裏面を高放射率の材料１０により被覆している点が異なる。この相違点を中心に説明する。
【０１１６】
燃料気化装置１２０は、燃料供給経路１０１、燃料噴出口１０２、箱状の気化部１０３’の気化面１０３、空気供給経路１０５で構成され、それに触媒燃焼部１０９を組み合わせて触媒燃焼装置１２１を構成し、さらに高放射率膜１１０を、少なくとも気化面１０３の裏面の触媒燃焼部１０９側表面を高放射率とするために設け、燃料気化装置１２０の性能を向上させるために用いている。加熱ヒータ１０４は、気化面１０３の温度が不足するときに用いる。気化部１０３’は箱形形状をしており、その底部が気化面１０３を形成し、側面３ａには、気化部開口部１１２が形成されている。
【０１１７】
また、燃料供給経路１０１と、空気供給経路１０５はともに、水平に燃料、空気を吹き出し、気化面１０３へ衝突させるようになっている。
【０１１８】
また、輻射受熱体１１１は気化面１０３と熱伝導的に一体構成されており、触媒燃焼部１０９は輻射受熱体１１１の下流に配置している。つまり、板状輻射受熱体１１１は触媒燃焼部１０９と対向した状態となっており、さらに、その輻射受熱体１１１の中央に上記箱形気化部１０３‘が配置され、且つ、触媒燃焼部１０９側へ突出している。
【０１１９】
供給される液体燃料は、燃料供給経路１０１を経由して、先端の燃料噴出口１０２から気化面１０３に噴射される。また、燃焼用空気も、燃料供給経路１０１の周囲に配置された空気供給経路１０５を経由して、気化面１０３に噴出される。気化面１０３は鉛直になっている。
【０１２０】
ここで、気化面１０３は燃料の気化温度以上（灯油では２５０℃以上）となるように制御されており、液体燃料は気化面１０３に衝突後気化されるとともに、気化した燃料蒸気は分散され、この周囲を流通する空気側への流れを形成し、空気との混合が行われ混合気となる。
【０１２１】
この際、気化面１０３で気化しきれなかった液体燃料も、気化面１０３が鉛直となっているので、気化面１０３に沿って流れ落ち、気化面１０３と輻射受熱体１１１とを結合している部材３ａの下側に溜まり、ここで熱をもらい気化する。
【０１２２】
この混合気は、気化部開口部１１２を経由して、下流に設置された触媒燃焼部１０９に供給され、ここで酸化反応が行われる。この反応熱により、触媒燃焼部１０９の上流表面の温度は、燃焼継続の可能な５００℃以上、かつ耐久性を考慮した温度限界の９００℃以下に維持される。
【０１２３】
このとき、供給される液体燃料の発熱量の５０〜６０％に相当する熱量が、触媒燃焼部１０９の上流側に放射される。ここで、輻射受熱体１１１は気化面１０３と一体構成されており、触媒燃焼部１０９は輻射受熱体１１１の下流に配置しているので、気化面１０３の裏面および輻射受熱体１１１は、触媒燃焼部１０９に対向しており、さらにそれらの全部または一部は高放射率膜１１０により被覆されている。
【０１２４】
その結果、触媒燃焼部１０９から発せられる放射熱のうち９０％以上、すなわち発熱量のうち５０％以上は、輻射面３の裏面および輻射受熱体１１１において吸収される。
【０１２５】
さらに、気化面１０３を輻射受熱体１１１より触媒燃焼部１０９側に突出させていることから、より広い範囲からの放射熱がその裏面に到達する。ここでの吸収熱は外部に放熱されることなく、直接液体燃料の気化熱として利用されることから、燃料の一部が再凝縮することを回避し得るものであり、同時に加熱ヒータ１０４の消費電力を低減する効果がある。さらに、触媒燃焼部１０９からの放射熱は予混合気の予熱にも利用され、再度触媒燃焼部１０９に還流される。
【０１２６】
このように気化面１０３を輻射受熱体１１１より触媒燃焼部１０９側に突出させた構成により、別途流路制御部等を設置することなく、さらに簡易な構成により、加熱ヒータ１０４における消費電力を大幅に低減する効果がある。
【０１２７】
このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置１２１を提供し得るものである。さらに、気化部開口部１１２を炎口としても、火炎からの輻射熱が輻射受熱体１１１および気化部開口部１１２を加熱し、熱伝導で気化面１０３を加熱するので、火炎燃焼装置の燃料気化装置１２０としても適用し得るものであり、応用範囲の広い燃料気化装置１２０を提供し得るものである。
【０１２８】
なお、本実施の形態において、輻射受熱体１１１の触媒燃焼部１０９側表面を高放射率膜１１０により被覆しているが、輻射受熱体１１１自体を高放射率の基材により構成しても良く、上記と同様の効果が得られるものである。
【０１２９】
また、輻射受熱体１１１を銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い基材により構成する場合には、触媒燃焼部１０９の上流表面からの放射熱をより効率的に気化面１０３に伝えることが可能となり、さらに上記と同等以上の効果を期待し得るものとなる。
【０１３０】
なお、上記実施の形態５〜７では、液体燃料の触媒燃焼装置および燃料気化装置で説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは勿論である。すなわち、以下のような場合も本発明に含まれる。
【０１３１】
触媒燃焼部の担体にはセラミックハニカムを用いているが、予混合気が流通し得る多数の連通孔を有するものであれば、その素材や形状に限定はなく、例えばセラミックや金属の焼結体、金属ハニカムや金属不織布、セラミック繊維の編組体等が利用可能であり、形状も平板に限らず、湾曲形状や筒状あるいは波板状など、素材の加工性と用途に応じて任意に設定し得る。
【０１３２】
また活性成分としては、白金、パラジウム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、これらの混合体や他の金属やその酸化物、およびこれらとの混合組成であっても良く、燃料種や使用条件に応じた活性成分の選択が可能である。
【０１３３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る触媒燃焼装置では、気化部を定温以上に制御するために要する気化部加熱ヒータの消費電力を大幅に低減することができる。このことから、省エネルギーかつ経済性に優れた熱利用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【０１３４】
また、空気供給経路から供給される空気が、できるだけ気化部に接触しないようにした構成により、触媒発熱体からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化に主に利用されることから、気化部への供給熱量を、予混合気として気化を行う場合の１／８〜１／６に低減することが可能となる。
【０１３５】
このように、気化部を定温以上に制御するために要する気化部加熱ヒータの消費電力を全燃焼量域に渡ってほぼゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【０１３６】
このことから、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものである。
【０１３７】
さらに、このように触媒発熱体から気化部への大部分の熱回収を行っていることから、下流に触媒燃焼部を設置しない場合にも、すなわち火炎燃焼装置にも適用し得るものであり、応用範囲の広い気化装置を提供し得るものである。
【０１３８】
さらに、火炎燃焼により触媒燃焼を開始させる場合の点火器として、圧電着火器を用いる場合には、設置場所等の自由度の高い無電源の触媒燃焼装置を実現し得るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態としての燃焼装置の部分断面構成図
【図２】本発明の第２実施の形態としての燃焼装置の要部断面構成図
【図３】本発明の第３実施の形態としての燃焼装置の要部断面構成図
【図４】本発明の第４実施の形態としての燃焼装置の要部断面構成図
【図５】本発明の一実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図
【図６】本発明の異なる実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図
【図７】同燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の部分構成図
【図８】本発明の異なる実施の形態である燃料気化装置およびそれを用いた触媒燃焼装置の要部断面構成図
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 燃料供給ポンプ
３ 燃料供給経路
４ 燃料噴出口
５ 空気供給ファン
６ 空気供給経路
７ 空気噴出口
８ 気化部
９ 気化部加熱ヒータ
１０ 触媒発熱体
１１ 燃焼室
１２ 触媒燃焼部
１３ 触媒加熱ヒータ
１４ 燃焼ガス排出口
１５ 混合気空間
１６ 触媒発熱体連通孔
１７ 気化部連通孔
１８ 分流空気口
１９ 整流板
１０１燃料供給経路
１０２ 燃料噴出口
１０３ 気化面
１０４ 加熱ヒータ
１０５ 空気供給経路
１０６ ケース
１０７ 混合気空間
１０８ 空気分流口
１０９ 触媒燃焼部
１１０ 高放射率膜
１１１ 輻射受熱体
１１２ 気化部開口部
１１３ 混合気流通口
１１４ 整流板
１１５ 液体燃料分流部
１２０ 燃料気化装置
１２１ 触媒燃焼装置
Claims (7)
- 液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、前記燃料供給経路から供給される燃料を加熱して気化させる気化部と、前記気化部から供給された気化燃料と前記空気供給経路から供給された空気を混合する混合部と、前記混合部の下流側であって、前記気化部に熱伝導的に接触若しくは近接して配置された、酸化触媒成分を担持した触媒発熱体と、前記触媒発熱体の下流側であって、多数の連通孔を有する触媒燃焼部とを備え、
前記気化部は、前記触媒発熱体からの熱を利用でき、
前記空気供給経路から供給された空気は分流し、一部は前記混合部へ供給されるとともに、残る一部は前記触媒燃焼部へ供給される、触媒燃焼装置。 - 液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、前記燃料供給経路から供給される燃料を加熱して前記液体燃料を気化させる気化面を有する気化部と、前記空気供給経路から供給された空気と前記気化部で気化された燃料を混合する第１の混合空間と、その第１の混合空間の下流側に第２の混合空間を備え、
前記空気供給経路の先端が、前記気化面を貫通することによって、前記先端から噴出した空気の一部は、前記気化部における加熱の影響を受けずに、前記第１の混合空間外へ流出し、残る空気は前記第１の混合空間内で前記気化した燃料と混合され混合気となり前記第１の混合空間外へ流出し、
前記第１の混合空間外における第２の混合空間において、前記流出した空気と、前記混合気が混合される燃料気化装置。 - 前記気化部は箱状の形状をしており、前記気化面はその盆形状の気化部の底部に形成されており、前記第１の混合空間は、前記箱状の気化部を覆うように配置された、箱状のケースで形成され、そのケースの外に前記第２の混合空間が形成され、
前記ケース状の第１の混合空間の底部は、前記空気供給経路の先端と対面しており、その先端から噴出する空気が衝突する底部の位置には、空気を分流する空気分流口が形成されており、
前記空気供給経路の先端から噴出した空気は、その一部が前記空気分流口から前記気化した燃料と混合することなく流出し、残る一部は前記ケース状の第１の混合空間において前記気化した燃料と混合して混合気となった後前記空気分流口から流出し、
前記空気分流口から流出してきた空気と、前記混合気は前記第２の混合空間においてさらに混合する請求項２記載の燃料気化装置。 - 前記空気供給経路は、途中で分岐しており、前記先端とは別の先端は、直接前記第２の混合空間へ配置されている請求項２記載の燃料気化装置。
- 前記気化部にある気化面は実質上鉛直方向に設置されており、前記燃料供給経路の先端より低い位置に、前記液体燃料を分流する液体燃料分流部が設けられている請求項２記載の燃料気化装置。
- 請求項２記載の燃料気化装置を利用した触媒燃焼装置であって、前記第２の混合空間の下流側に設けられた、多数の連通孔を有する触媒燃焼部をさらに備え、
前記気化部は、前記触媒燃焼部からの熱を利用できる触媒燃焼装置。 - 請求項３記載の燃料気化装置を利用した触媒燃焼装置であって、前記第２の混合空間の下流側に設けられた、多数の連通孔を有する触媒燃焼部をさらに備え、
前記気化部は前記ケースに熱伝導的に連結されており、前記ケースの、前記触媒燃焼部側の表面に、他の部分より高放射率の膜が形成されている触媒燃焼装置。
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